实现Singleton模式,需要要把构造器保持为私有的,并导出公有的静态成员,以便允许客户端能够访问该类的唯一实例。
- 饿汉式(Eager mode):单例对象是个 final域,在类加载期间,就实例化一个对象交给自己的引用
instance
,如:
// Singleton with Eager mode public class SingletonA { //实例化一个对象交给自己的引用 private static final instance = new SingletonA(); //私有化构造器 private SingletonA(){} //返回单例对象 public static SingletonA getInstance() { return instance; } }
- 懒汉式(Lazy mode)公有的成员是个静态工厂方法,在调用取得实例方法的时候才会实例化对象
//Singleton with Lazy mode public class SingletonB { private static instance; private SingletonB(){} public static SingletonB getInstance() { if(instance == null) instance = new SingletonB(); return instance; } }
如果线程1进入了if语句,但还未实例化instance,此时,线程2访问到getInstance
的if判断,因为instance还未实例化,所以也进入if内部;于是线程1和线程2,最后创建了两个实例。
public static synchronized SingletonB getInstance() { if(instance == null) instance = new SingletonB(); return instance; }
可以有效防止多线程在执行getInstance方法得到2个对象,但是:
只有在instance为null时,才必须要求同步。一旦singleton不为null,系统依旧花费同步锁开销
public static SingletonB getInstance() { if(instance == null)//1 synchronized(SingletonB.class)//2 { instance = new SingletonB();//3 } return instance; }
这种写法减少了锁开销,但是依旧可能创建了2个对象。
- 线程1执行到1挂起,线程1认为singleton为null
- 线程2执行到1挂起,线程2认为singleton为null
- 线程1被唤醒执行synchronized块代码,走完创建了一个对象
- 线程2被唤醒执行synchronized块代码,走完创建了另一个对象
public static SingletonB getInstance() { if(instance == null)//1 synchronized(SingletonB.class)//2 { if(instance == null) { instance = new SingletonB();//3 } } return instance; }
看是没有问题,但在instance = new SingletonB()
这句中,却暗藏杀机,因为jvm在执行这句代码时,实际分为三步:开辟内存空间,赋值给引用,初始化数据。这是需要消耗时间。
volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时,都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。
//Singleton with Lazy mode public class SingletonB { private static volatile instance; private SingletonB(){} public static SingletonB getInstance() { if(instance == null)//1 synchronized(SingletonB.class)//2 { if(instance == null) { instance = new SingletonB();//3 } } return instance; } }
volatile变量具有synchronized 的可见性特性,但是不具备原子特性。这就是说线程能够自动发现volatile变量的最新值
- Lazy initialization holder class模式
根据JLS(Java Language Specification)中的规定,一个类在一个ClassLoader中只会被初始化一次,这点是JVM本身保证的
public class SingletonC { private static instance; //私有化构造器 private SingletonC(){} //返回单例对象 public static SingletonC getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } private static class SingletonHolder { //单例对象实例 static final SingletonC INSTANCE = new SingletonC(); } }
- 这种写法仍然使用JVM本身机制保证线程安全问题
- 由于SingletonHolder是私有的,除了getInstance()之外没有办法访问它,因此它是懒汉式的
- 同时读取实例的时候不会进行同步,没有性能缺陷
- 也不依赖JDK版本
- 从其他途径屏蔽构造单例对象的方法
一般加入一个private或者protected的构造函数
需要在ReflectPermission("suppressAccessChecks") 权限下使用安全管理器(SecurityManager)的checkPermission方法来限制这种突破。 一般来说,不会真的去做这些事情,都是通过应用服务器进行后台配置实现
单例对象有必要实现Serializable接口,则应当同时实现readResolve()方法,以保证反序列化的时候得到原来的对象
public class Singleton implements Serializable { private static class SingletonHolder { static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } //private的构造函数用于避免外界直接使用new来实例化对象 private Singleton() { } //readResolve方法应对单例对象被序列化 private Object readResolve() { return getInstance(); } }
- 单例与枚举
按照《Effective Java 第二版》中的说法:单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。用枚举来实现单例非常简单,只需要编写一个包含单个元素的枚举类型即可。
public enum SingletonEnum { INSTANCE; private String field; public String getField() { return field; } public void setField(String field) { this.field = field; } @Override public String toString() { return "SingletonEnum{" + "field='" + field + '\'' + '}'; } }
- 自由序列化
- 保证只有一个实例(使用反射机制也无法多次实例化一个枚举量)
- 线程安全
Singleton Mode总结
- 优点
- 在内存中只有一个对象,节省内存空间
- 避免频繁的创建销毁对象,可以提高性能
- 避免对共享资源的多重占用
- 可以全局访问
- 适用场景
- 需要频繁实例化然后销毁的对象
- 创建对象时耗时过多或者耗资源过多,但又经常用到的对象。
- 有状态的工具类对象。
- 频繁访问数据库或文件的对象。